Tecnologia de identificación por Radiofrecuencia y sus principales aplicaciones

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1 1 Tecnologia de identificación por Radiofrecuencia y sus principales aplicaciones

2 2007 Junta de Castilla y León Edita: Consejería de Fomento. Realiza: Observatorio Regional de la Sociedad de la Información. (ORSI) Depósito Legal: Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento.

3 3 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN Presentación del estudio EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA TECNOLOGÍA RFID SITUACIÓN ACTUAL TECNOLOGÍA RFID Qué es RFid? Componentes de un sistema RFid Etiquetas RFid Lectores RFid Tipos de sistemas RFid Funcionamiento de un sistema RFid Factores críticos Problemática RFID VS CODE-BARS Convivencia de ambos sistemas Diferencias entre ambas tecnologías REGULACIÓN Y NORMATIVA Organismos reguladores Normalización EPC Gen Legislación OBSTÁCULOS AL DESARROLLO DE RFID Reducida banda de frecuencias disponible en UHF Falta de un estándar global Privacidad y protección de datos El comando kill La jaula de Faraday Interferencia activa de señales de radiofrecuencia Etiquetas RFid inteligentes Blocker tag APLICACIONES Y USOS ACTUALES DE LA TECNOLOGÍA RFID Logística Gestión de la cadena de suministro (Supply Chain Management) Producción Industria automovilística Trazabilidad de equipaje en aeropuertos Peaje automatizado Tarjetas identificadoras Gestión de bibliotecas Médico-Sanitarias Supermercados Monitorización de ganado...66

4 Aplicaciones de RFid en el ámbito escolar Auditoría de elementos críticos Seguridad, control de accesos y documentación oficial Otras aplicaciones BUENAS PRÁCTICAS EN CASTILLA Y LEÓN Hospital Nuestra Señora de Sonsoles en Ávila Tarjeta ciudadana de León Comedores escolares subvencionados por la Junta de Castilla y León Programa El niño también viaja seguro Grupo Leche Pascual LÍNEAS FUTURAS CONCLUSIONES ANEXOS...95 ANEXO 1: ESTÁNDARES ISO RFID...97 ANEXO 2: NORMATIVA EUROPEA...98 ANEXO 3: CLASES DE ETIQUETAS REFERENCIAS...101

5 1. Introducción

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7 7 1. INTRODUCCIÓN RFid es el acrónimo de Radio Frequency IDentification, que en castellano podría traducirse como Identificación por Radiofrecuencia. Se trata de un término genérico en el que se incluyen todas aquellas tecnologías que utilizan ondas de radio para identificar de forma automática personas, animales u objetos. Hay varios métodos de identificación automática, pero el más común consiste en registrar un número de serie que identifica de forma unívoca a la persona, animal u objeto, eventualmente unido a otra información relevante, en un dispositivo denominado etiqueta o tag RFid. Así, a grandes rasgos, podríamos definir RFid como un método de almacenamiento y recuperación de datos de manera inalámbrica y sin necesidad de visión remota. La gran ventaja que aporta la identificación por radiofrecuencia frente a otras técnicas de identificación más extendidas, como el código de barras, es que la radiofrecuencia no requiere visión directa del elemento a identificar. La Sociedad de la Información ofrece numerosas oportunidades de desarrollo socioeconómico a través de la aplicación de las Nuevas Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC). En este marco de las nuevas tecnologías de la información, es donde los sistemas basados en identificación por radiofrecuencia, que ya ha sido bautizada en determinados sectores (principalmente en el ámbito de la logística) como la Internet de las cosas, adquieren una gran importancia. Por ello se considera necesario conocer los aspectos, características, ventajas, inconvenientes y aplicaciones de esta tecnología que cada vez está más extendida. Esta es la principal razón por la que la Junta de Castilla y León, consciente de la oportunidad que presentan las TIC en la sociedad del futuro, y apostando firmemente porque la Comunidad no se quede rezagada en esta materia, recoge, dentro de la nueva Estrategia Regional para la Sociedad del Conocimiento (ERSDI), varias iniciativas encaminadas a la difusión e implantación de las tecnologías innovadoras tanto en la propia Administración Pública Regional como en la empresa privada. Dentro de estas iniciativas se contempla el uso de las tecnologías RFid como una de las aplicaciones que mayores posibilidades de desarrollo socioeconómico ofrece y como una de las que mayor proliferación y frecuencia de uso presentará en los próximos años. Por tanto, el Gobierno Regional, con la nueva ERSDI , busca conseguir una posición de vanguardia en el empleo y aplicación de las nuevas tecnologías, adoptando a tal fin un papel activo que permita liderar las medidas de fomento e implantación efectiva de las TIC. Por todo ello, la Junta de Castilla y León presenta este estudio, en el marco de la ERSDI , cuyo principal objetivo es difundir estas oportunidades tecnológicas a todos los castellanos y leoneses y, en especial, a los empresarios y al resto de administraciones, para contribuir a la implantación de experiencias y proyectos piloto especialmente relevantes que permitan a la Región ser pionera en determinados campos tecnológicos de importancia estratégica, como es el caso de la tecnología RFid.

8 RFid - INTRODUCCIÓN 8 En el plano Europeo, en la última edición de la Expo CeBIT 1, la Comisaria Reding 2 anunció el establecimiento de distintas etapas a seguir desde la Unión Europea, con el fin de desarrollar una política marco sobre la identificación por radiofrecuencia en Europa. De este modo, es evidente la importancia que Europa otorga a la tecnología RFid. En palabras de Gérald Santucci 3, RFid es, junto con los scanners, sensores y los dispositivos inteligentes, la puerta de entrada a la denominada Internet de las cosas. Probablemente, durante la próxima década, los procesos de negocio se transformarán en redes flexibles y con gran capacidad de adaptación proporcionando a las empresas acceso a datos precisos, así como conocimiento en tiempo real, que les permita reconocer y responder de manera más efectiva a los cambios de su entorno. En este estudio pretendemos dar una visión completa de esta tecnología, sus usos actuales y sus posibles aplicaciones futuras, así como de sus inconvenientes en diferentes ámbitos de actuación. Además, se analizarán algunos casos, tanto de aplicaciones de éxito de la tecnología RFid como de virtualidades susceptibles de desarrollo y aprovechamiento, encontrados en el seno de las Administraciones Públicas de Castilla y León. 1.1 PRESENTACIÓN DEL ESTUDIO El documento se estructura en 11 apartados, incluido este apartado de introducción. En el apartado 2 se analiza la evolución histórica de la tecnología RFid. En el apartado 3 expondremos la situación actual de la tecnología RFid. Posteriormente, en el apartado 4, explicaremos las características técnicas de un sistema RFid, los tipos de RFid que existen y los problemas derivados de su aplicación bajo determinadas circunstancias (como los ambientes metálicos o las interferencias con otros sistemas de radiofrecuencia). En el apartado 5 se realiza un estudio comparativo entre la tecnología RFid y la técnica de identificación por código de barras. En el apartado 6 analizaremos los aspectos relacionados con la normativa aplicable a esta materia, enumerando los organismos reguladores existentes y los estándares utilizados. El apartado 7 se dedica a las contingencias y los obstáculos que impiden el desarrollo pleno de la tecnología RFid. En el apartado 8 reflejamos las posibles aplicaciones y usos actuales que tiene esta tecnología. El apartado 9 contiene algunos ejemplos de buenas prácticas de uso de RFid en Castilla y León. El apartado 10 analiza las líneas futuras y tendencias probables de la tecnología RFid. Y finalmente, en el apartado 11 presentaremos las conclusiones más significativas del estudio realizado. 1 Se trata de la exposición de computadores, tecnologías de la información, telecomunicaciones, software y servicios más importantes del mundo. Se celebra cada primavera en la ciudad alemana de Hannover. 2 Viviane Reding es la Comisaria Europea de la Sociedad de la Información y Medios de Comunicación. 3 Gérald Santucci es el Jefe de la Unidad de Empresas en red e identificación por radiofrecuencia RFid de la Comisión Europea. Desde febrero de 1986 trabaja en la Dirección General de la Sociedad de la Información y Medios de Comunicación de la Unión Europea.

9 2. Evolución histórica de la tecnología RFid

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11 11 2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA TECNOLOGÍA RFID Aunque los últimos años han sido los de la auténtica explosión de estos sistemas, la tecnología Rfid ha sido objeto de una larga y constante evolución histórica. El origen se encuentra en la tecnología de radio utilizada en la Segunda Guerra Mundial por varios países para identificar aeronaves. Alemanes, japoneses, americanos y británicos emplearon el radar para detectar la aproximación de aviones mientras todavía se encontraban a varias millas de distancia. El problema era que no se podía identificar qué aviones pertenecían al enemigo. Como solución, los británicos desarrollaron el primer sistema activo de identificación: colocaron un transmisor en cada uno de sus aviones, de manera que al recibir señales de las estaciones de radar terrestres devolvían una señal que los identificaba. Los avances en el radar y en los sistemas de comunicaciones por radiofrecuencia continuaron en las décadas de los 50 y 60. Científicos y académicos de Estados Unidos, Europa y Japón realizaron investigaciones y presentaron diversas conclusiones explicando cómo la energía de radiofrecuencia podía emplearse para identificar objetos de forma remota. Al mismo tiempo, algunas compañías comenzaron a distribuir un sistema antirrobo para comercio al por menor, que empleaba ondas de radio para determinar si un artículo había sido pagado o no. La primera patente para un tag RFid activo con memoria reescribible se concedió en Estados Unidos a Mario W. Cardillo, en Por su parte, el gobierno de los Estados Unidos también estuvo trabajando en sistemas RFid en la década de los 70, desarrollando sistemas para el seguimiento de materiales nucleares y de ganado vacuno, entre otros. Con el paso del tiempo, distintas compañías empezaron a comercializar sistemas de radioidentificación de 125 KHz, conocidos como Low Frecuency, que posteriormente se trasladarían al espectro de la alta frecuencia (13.56 MHz). Y a principios de los 90, ingenieros de IBM desarrollaron y patentaron un sistema RFid UHF (Ultra-High Frequency). La tecnología RFid en la banda de UHF sufrió un impulso en 1999, cuando Uniform Code Council, EAN International, Procter & Gamble y Gillette realizaron aportaciones para fundar el Auto-ID Center en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT). En esta sede se investigó la posibilidad de colocar tags RFid de bajo coste en todos los productos para realizar su seguimiento a lo largo de la cadena de suministro. La idea consistía en poner únicamente un número de serie en el tag para mantener el precio bajo, y los datos asociados a dicho número de serie del tag estarían almacenados en una base de datos accesible a través de Internet.

12 RFid - EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA TECNOLOGÍA RFid 12 Entre 1999 y 2003 el Auto-ID Center recibió el apoyo de numerosas compañías, además del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y muchos vendedores de sistemas RFid. Como consecuencia de ello, se abrieron laboratorios por todo el mundo en los que se desarrolló el Electronic Product Code (EPC). Este código está formado por una serie de números que identifican unívocamente objetos (artículos, cajas, palets, etc.) a lo largo de la cadena de suministro. Al igual que los sistemas de identificación numérica actuales (códigos EAN), el código EPC se divide en números que identifican al fabricante y el tipo de producto, pero adicionalmente emplea una serie de dígitos extra que permiten identificar un artículo único. En 2003 se creó EPCglobal como empresa para comercializar el EPC. El objetivo de EPCglobal es velar por el desarrollo de la Red EPC y sus estándares (estándares EPCglobal Gen 1 y EPCglobal Gen 2). Algunos de los mayores minoristas del mundo Albertsons, Metro, Target, Tesco, Wal- Mart y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos han afirmado que planean usar la tecnología EPC para el seguimiento de bienes en sus cadenas de suministro. Algunas industrias, como la farmacéutica o la militar, están también adoptando esta tecnología. EPCglobal ratificó un estándar de segunda generación en Diciembre de 2004 sobre el cual se construyen hoy en día muchos productos basados en estos estándares. En la siguiente tabla puede observarse un breve resumen de la historia de la tecnología RFid a través de las décadas. Tabla 1: Evolución histórica de la tecnología RFid DÉCADAS EVENTOS Se define y emplea el radar. Esfuerzos de desarrollo en la Segunda Guerra Mundial. RFid se inventa sobre Primeras investigaciones sobre la tecnología RFid. Experimentos en laboratorios. Desarrollo de la teoría de RFid. Primeras pruebas de campo. Explosión del desarrollo de RFid. Se aceleran las pruebas con RFid. Primeras implementaciones adaptadas con RFid Las aplicaciones comerciales de RFid cobran importancia Surgen los estándares. RFid se despliega más ampliamente. Aparecen aplicaciones innovadoras. Combinación de RFid con servicios móviles personales. RFid subcutáneo para animales y humanos. RFid llega a formar parte de la vida diaria. En el año 2006 se realiza una consulta por parte de la Unión Europea con el objetivo de conocer la opinión de la sociedad y los gobiernos europeos acerca de RFid.

13 3. Situación actual

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15 15 3. SITUACIÓN ACTUAL La Expo CeBIT celebrada cada primavera en la ciudad alemana de Hannover, es considerada como el barómetro de la sociedad de la información. En la última edición de dicha feria, la Comisaria para la Sociedad de la Información y los Medios de Comunicación, Viviane Reding, anunció que la Unión Europea, después del proceso de consulta sobre la tecnología RFid desarrollado en 2006, se plantea los próximos pasos a seguir para la elaboración de una política marco sobre la identificación por radiofrecuencia en Europa. Este anuncio no hace sino resaltar la gran importancia que la Unión Europea otorga al RFid en el marco de la política de la Sociedad de la Información Europea. En la actualidad, los mercados asiáticos y estadounidenses están invirtiendo millones en desarrollar y divulgar la próxima generación de tecnologías RFid, tratando de asegurarse así una importante cuota del altamente prometedor mercado de RFid. Basta pensar que EEUU ya no es, hoy en día, el mayor mercado de RFid, sino que es China la que ahora ocupa este lugar. Gérald Santucci, Jefe de la Unidad Empresas en red e identificación por radiofrecuencia- RFid de la Comisión Europea, apunta que en los últimos 60 años, se han vendido casi millones de tags RFid, de los cuales, una cuarta parte (1.000 millones) se vendió en el año 2006, y casi una quinta parte en Es decir, que de los casi millones de tags vendidos en las últimas 6 décadas, aproximadamente millones se vendieron durante el periodo , lo que indica el creciente auge del mercado de RFid. De hecho, se espera que el valor del mercado RFid (incluyendo hardware, software, servicios, etc.) aumente desde los millones de euros en 2007 a millones de euros en los próximos 10 años, datos que revelan la importancia presente y futura del mercado de RFid. Como se ha mencionado anteriormente, la Comisión Europea lanzó durante el pasado 2006 un proceso de consulta pública. Dicho proceso se desarrolló en tres etapas, que incluían cinco grupos de trabajo (Workshops), una consulta pública on-line y una conferencia en Bruselas. La consulta se ha considerado desde la Unión Europea como un éxito avalado por los siguientes datos: participaron más de 500 personas en los Workshops, se generaron más de respuestas mediante la consulta on-line, y asistieron más de 200 oyentes a la conferencia final celebrada en Bruselas. El proceso de consulta puso de manifiesto que la mayoría de los participantes estaban convencidos de que los sistemas RFid traerán muchos beneficios a la cadena de suministro y a toda la economía en general, pero al mismo tiempo apuntaban la necesidad de cuidar la privacidad. Europa es, hoy en día, una de las regiones del mundo líderes en investigación y desarrollo de tecnología RFid. Institutos como el Fraunhofer en Alemania, los Auto-ID Labs de la Universidad británica de Cambridge, el Instituto de Tecnologías de Grenoble en Francia o la Universidad de Sant Gallen en Suiza, son líderes en investigación en RFid. Debido a este fuerte posicionamiento en el sector, Europa tiene una especial responsabilidad en la promoción y fomento del diálogo internacional sobre esta materia.

16 16 A nivel mundial, las expectativas de crecimiento de uso de esta tecnología son optimistas. Como reconocía Peter Harrop, de la consultora IDTechEX, en un artículo publicado en enero de 2007 en el portal digital Conversión 4, los principales motivos por los que el mercado de etiquetas RFid en el 2006 creció a un ritmo superior al doble de lo que lo hizo en 2005, fueron la decisión del ejército de los EEUU de etiquetar todos los ítems 5 críticos y todos los artículos de más de dólares de valor, y la presión que la FDA 6 realizó por combatir las medicinas falsificadas. En el corto plazo, proyectos como el de Wal-Mart, que de llevarse a cabo prevé etiquetar más de millones de ítems anuales, o el proyecto de la China Tobacco Monopoly Administration que pretende usar sistemas RFid para luchar contra la falsificación de tabaco mediante la colocación de tags RFid en millones de paquetes de cigarrillos al año, hacen pensar en un aumento considerable de la industria RFid Etiquetar a nivel de ítem se refiere al artículo más pequeño que se puede etiquetar. 6 Food and Drugs Administration (organismo público del gobierno de los EE.UU que vela por la seguridad en la alimentación y las medicinas).

17 4. Tecnología RFid

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19 19 4. TECNOLOGÍA RFID En este apartado se analizarán los aspectos técnicos de la tecnología RFid, explicando su funcionamiento y las distintas modalidades existentes, en función de criterios como la frecuencia a la que se trabaje o el empleo de técnicas de almacenamiento pasivas o activas. Comenzaremos explicando qué es la identificación por radiofrecuencia y cómo funciona para, posteriormente, analizar cada uno de los componentes de un sistema RFid. A continuación analizaremos los distintos tipos de RFid existentes en función de la frecuencia de trabajo, deteniéndonos con mayor detalle en su modo de funcionamiento. Después veremos los factores que resultan críticos para la funcionalidad de un sistema RFid. Una vez conozcamos las características técnicas y el funcionamiento de la identificación por radiofrecuencia, nos detendremos en los problemas que encuentra su uso ante determinadas circunstancias, como los entornos metálicos, los ambientes húmedos o las interferencias de otros sistemas de radiofrecuencia. 4.1 QUÉ ES RFID? Como ya avanzamos en el capítulo de introducción, RFid (Radio Frecuency IDentification) es una técnica de almacenamiento y recuperación de datos basada en la radiofrecuencia que no necesita visión directa. En otras palabras, se trata de una tecnología de transmisión de datos automática que emplea radiofrecuencia para comunicar información entre un lector y una etiqueta electrónica (e-tag); o lo que es lo mismo, utiliza ondas electromagnéticas para enviar la información desde la etiqueta al lector. Este sistema permite la captura y/o grabación de datos sin contacto entre lector y etiqueta, eliminando así la necesidad de un contacto visual directo. El funcionamiento de un sistema RFid es, a priori, bastante sencillo, tal y como puede verse en la siguiente figura: Figura 1: Esquema de funcionamiento de un sistema RFid Fuente:Elaboración propia

20 RFid - TECNOLOGÍA RFid Un sistema RFid básicamente se compone de una etiqueta RFid que contiene una información y un lector RFid (también puede ser grabador) comunicado con un sistema informático que procesa la información recibida de la etiqueta o tag. En el proceso de lectura, el lector realiza una petición a la etiqueta solicitando que ésta le envíe la información que tiene almacenada. La etiqueta responde a esa solicitud enviando por radiofrecuencia dicha información. El lector recoge esa información y la interpreta. Evidentemente, esta información será útil si detrás del sistema RFid existe un ordenador o un dispositivo similar capaz de procesar esta información para realizar una acción concreta. El proceso de escritura es muy parecido al de lectura, con la particularidad de que es necesario que el tag se pueda reescribir. La estación grabadora enviará al tag por radiofrecuencia los datos a grabar junto con la instrucción u orden de grabación, y el tag los grabará en el chip que tiene incorporado. 4.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA RFID Un sistema RFid básico consta de dos elementos fundamentales: Una etiqueta, tag o transpondedor RFid. Es el elemento en el que se incorpora el chip electrónico que contiene la información necesaria para identificar al producto. Contiene también una microantena que le permite recibir y transmitir la información a través de radiofrecuencia. Un lector RFid. Se trata de un equipo capaz de recibir y procesar la información procedente de los tags RFid. Este equipo cuenta con una antena que le permite recibir y transmitir peticiones de información a través de radiofrecuencia. Además de estos dos elementos imprescindibles, un sistema RFid puede estar formado por varios componentes más, como estaciones de programación de etiquetas (que podría ser la misma que la de lectura, ya que es habitual encontrar en el mercado estaciones de lectura/escritura), lectores de circulación, bases de datos, etc Etiquetas RFid Básicamente, una etiqueta RFid está compuesta por un chip unido a una antena. Dependiendo de las necesidades de la aplicación puede presentar diferentes formatos (rígido, flexible, adhesivo, etc.), diferentes tamaños, funcionalidades, estándares y, por lo tanto, diferentes precios. En cuanto a las dimensiones de las etiquetas, existe una amplia gama de ofertas y posibilidades en el mercado que van desde unos pocos milímetros hasta decenas de centímetros, dependiendo de la aplicación a la que se destinen.

21 RFid - TECNOLOGÍA RFid 21 Las etiquetas RFid pueden ser de tres tipos distintos dependiendo del lugar del que provenga la energía que utilizan para tramitar la respuesta. Así, las etiquetas RFid pueden ser pasivas, si no tienen fuente de alimentación propia, semipasivas, si utilizan una pequeña batería asociada, y activas, si tienen su propia fuente de alimentación. Las etiquetas RFid pasivas no tienen fuente de alimentación propia. La corriente eléctrica necesaria para su funcionamiento se obtiene por inducción en su antena de la señal de radiofrecuencia procedente de la petición de lectura de la estación lectora. De esta manera, cuando el lector interroga a la etiqueta, genera un campo magnético que produce en la microantena del tag un campo eléctrico suficiente que permite generar la energía necesaria para que el circuito CMOS 7, integrado en la etiqueta, pueda transmitir una respuesta. Debido a esto, la señal de respuesta tiene un tiempo de vida bastante corto; además, en la práctica, las distancias de lectura son relativamente reducidas (varían entre unos pocos milímetros hasta distancias cercanas a 1 metro). Las etiquetas RFid semipasivas son muy similares a las pasivas, salvo que incorporan además una pequeña batería. Esta batería permite al circuito integrado en la etiqueta estar constantemente alimentado, y elimina la necesidad de diseñar una antena para recoger potencia de una señal entrante (si bien la antena es necesaria para la transmisión/ recepción de las señales). Estas etiquetas responden más rápidamente, por lo que son más fuertes en el ratio de lectura en comparación con las etiquetas pasivas. Asimismo, también disponen de un rango de lectura (distancia) ligeramente superior al de las etiquetas pasivas. Las etiquetas RFid activas poseen una fuente de alimentación propia y alcanzan rangos de lectura mucho mayores que las etiquetas pasivas y semipasivas. Así, este tipo de etiquetas pueden ser leídas a distancias superiores a los 100 metros. Su tamaño es lógicamente mayor que el de los otros dos tipos, aunque puede ser inferior el tamaño de una moneda. Estas etiquetas activas pueden incorporar también una pequeña memoria adicional que les permite almacenar mayor cantidad de información. La gran limitación que presenta este tipo de etiquetas es que su funcionamiento está ligado a su batería, por lo que su tiempo de vida se limita a la vida de la batería. 7 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Es una técnica para crear circuitos eléctricos cuya principal característica es su bajo consumo de energía. Es decir, un circuito CMOS necesita muy poca potencia para funcionar.

22 RFid - TECNOLOGÍA RFid recoger potencia de una señal entrante (si bien la antena es necesaria para la transmisión/ recepción de las señales). Estas etiquetas responden más rápidamente, por lo que son más fuertes en el ratio de lectura en comparación con las etiquetas pasivas. Asimismo, también disponen de un rango de lectura (distancia) ligeramente superior al de las etiquetas pasivas. Las etiquetas RFid activas poseen una fuente de alimentación propia y alcanzan rangos de lectura mucho mayores que las etiquetas pasivas y semipasivas. Así, este tipo de etiquetas pueden ser leídas a distancias superiores a los 100 metros. Su tamaño es lógicamente mayor que el de los otros dos tipos, aunque puede ser inferior el tamaño de una moneda. Estas etiquetas activas pueden incorporar también una pequeña memoria adicional que les permite almacenar mayor cantidad de información. La gran limitación que presenta este tipo de etiquetas es que su funcionamiento está ligado a su batería, por lo que su tiempo de vida se limita a la vida de la batería. Las etiquetas pasivas son mucho más baratas de fabricar, por lo que la gran mayoría de las etiquetas RFid existentes son de ese tipo. Sin embargo, a pesar de la ventaja del coste, las diferencias funcionales de los distintos tipos de etiquetas (rango de lectura, ratio de lectura y capacidad de almacenamiento), hacen que determinadas aplicaciones necesiten usar etiquetas activas o, al menos, semipasivas. Además de este criterio del origen de su alimentación, las etiquetas RFid también se pueden clasificar según la configuración de su memoria, y así hay etiquetas que únicamente se pueden leer (no se puede escribir en ellas, vienen escritas de fábrica ), etiquetas que se pueden leer un número ilimitado de veces pero que admiten un único proceso de grabación o escritura, y etiquetas que se pueden leer y escribir un número ilimitado de veces. Todas las etiquetas almacenan en el microchip un número de identificación único que permite identificar y diferenciar al producto al que acompañan no sólo de otros productos distintos, sino también de otros ítems iguales. Hay varios tipos de esquemas propuestos para estos números de identificación, como por ejemplo el Electronic Product Code (EPC), diseñado por Auto-ID Center. La etiqueta que codifica el código electrónico de producto o EPC es actualmente el esquema de codificación más común para las aplicaciones de almacenamiento y distribución. Las etiquetas de código electrónico de producto pueden ser activas o pasivas, de sólo lectura, o registrables y de lectura. Como se verá más adelante, uno de los factores críticos de la identificación por radiofrecuencia es el tamaño de la etiqueta. Esto es especialmente crítico en etiquetas pasivas, ya que teóricamente a mayor tamaño de antena se podrá inducir mayor corriente eléctrica (aunque en este punto también influye la potencia de la estación lectora) y por tanto alcanzar mayores rangos de lectura. El diseño de la antena de la etiqueta (en el caso de las etiquetas pasivas) también influirá en esta distancia.

23 RFid - TECNOLOGÍA RFid Lectores RFid Los lectores de RFid o interrogadores utilizan ondas de radio para leer la información almacenada en la etiqueta. El lector puede enviar a la etiqueta la orden de transmitir la información que tiene almacenada, o bien la etiqueta puede transmitir la información que contiene periódicamente, en espera de que algún lector la detecte. En definitiva, el lector es el dispositivo que interactúa con el tag o etiqueta. Los lectores de radiofrecuencia constan de: Una antena. Un módulo de radiofrecuencia o controlador. Una unidad de control. Las antenas del lector son el componente más sensible de un sistema RFid y pueden variar en función de la aplicación concreta. Así, las antenas pueden ser: De sobremesa: se incorporan a los puntos de identificación y control o terminales punto de servicio, para la lectura y escritura de las etiquetas. De puerta: se disponen en pedestales en el suelo e incluyen elementos de alarma con fines antirrobo y para control de acceso. De diseño a medida (góndolas, expositores...). Variar la ubicación de la antena del lector es una de las formas más fáciles de ajuste cuando se localizan problemas de un sistema, y al mismo tiempo resulta una de las tareas más difíciles de llevar a cabo de forma correcta. La antena del lector debe ser colocada en una posición que permita optimizar tanto la transmisión de energía hacia la etiqueta como la recepción de los datos emitidos. Las limitaciones legislativas del nivel de potencia de los lectores hace que la ubicación de las antenas sea fundamental para alcanzar un alto grado de lectura. El funcionamiento básico del lector suele ser muy sencillo. La antena del lector crea un campo magnético cuyo radio de acción varía dependiendo de la forma de la antena, de la potencia del lector y de la frecuencia en la que emita. En el caso de etiquetas pasivas, el lector genera un campo de radiofrecuencia que activa la etiqueta alimentando el chip para que pueda transmitir los datos almacenados. En el caso de etiquetas activas la propia etiqueta puede iniciar la comunicación, pues no necesita la energía del lector. Cuando la etiqueta entra en contacto con el campo magnético creado por el lector, reacciona automáticamente y envía la información a éste. El lector la decodifica y la pone en contacto con el sistema de control, a través de una aplicación que se ejecuta en su unidad de control y que se conoce como ONS (Object Name Service). Algunos sistemas utilizan encriptación de clave pública para codificar la información que fluye entre la etiqueta y el lector con objeto de conseguir mayor seguridad ante posibles escuchas maliciosas y obtener cierta privacidad.

24 RFid - TECNOLOGÍA RFid Un lector puede utilizarse también para reescribir sobre una etiqueta, siempre y cuando el lector esté habilitado para ello y la etiqueta sea reescribible. Naturalmente, estos lectores con doble función tienen un precio superior al de aquellos que sólo leen. Los lectores pueden ser portátiles o fijos, y también pueden estar integrados en otros equipos como terminales handheld (PDAs, Lectores de mano, etc.), grúas horquillas, o cualquier equipo que se considere estratégico. 4.3 TIPOS DE SISTEMAS RFID Según la frecuencia de trabajo que se utilice en un sistema RFid tendremos distintos tipos de sistemas, lo que a su vez dará lugar a significativas diferencias funcionales. La frecuencia de trabajo es, de este modo, un factor crítico que determina en gran medida el comportamiento de un sistema RFid en cuanto a su manera de funcionar, sus capacidades y sus aplicaciones. Así, tenemos los siguientes tipos de sistemas RFid: Sistemas RFid de baja frecuencia, conocidos como sistemas RFid LF (Low Frecuency). Su frecuencia de funcionamiento, en Europa 8, es 125 KHz. Sistemas RFid de alta frecuencia, conocidos como sistemas RFid HF (High Frecuency). Su frecuencia de funcionamiento es 13,56 MHz. Sistemas RFid UHF, son aquellos sistemas que trabajan en frecuencias de la banda UHF 9 (Ultra High Frecuency). Los sistemas RFid UHF trabajan, en España, en 869 MHz 10. Sistemas RFid de microondas, son aquellos sistemas RFid que trabajan a frecuencias mayores de los 2,4 GHz. Estos sistemas actualmente son muy poco utilizados. Como hemos mencionado, la frecuencia a la que trabaje el sistema RFid influye directamente en su funcionamiento. Estas diferencias funcionales inciden tanto en las características de rango y ratio de lectura (distancia y velocidad), como en el diseño de las antenas (tanto lasde los tags como las de estaciones lectoras/grabadoras), así como en la distinta manera en la que el tag y el lector intercambian los datos. Además, estas diferencias funcionales harán que, dependiendo de la frecuencia de trabajo, el sistema sea o no apropiado para una determinada aplicación. Así, las frecuencias más bajas disponen de un menor rango y ratio de lectura que las frecuencias más altas; en otras palabras, la identificación entre dispositivos es más lenta y se limita a distancias más cortas. Sin embargo son muy apropiadas para trabajar en entornos húmedos 11, por lo que son frecuencias idóneas para aplicaciones en las que el grado de humedad del entorno supone un problema (así, por ejemplo, los sistemas RFid LF son los sistemas habituales para la identificación de animales o envases líquidos). 8 En Estados Unidos, un sistema RFid LF trabaja a 134,5 KHz. 9 La banda UHF va desde los 300 MHz hasta los 3 GHz. 10 En Europa suelen trabajar en la banda 860 MHz 870 MHz, dependiendo de la normativa de cada país. En Estados Unidos trabajan en 915 MHz. 11 Uno de los principales problemas que tienen las ondas electromagnéticas es su interacción con la molécula de agua. El problema es que una de las propiedades físicas de la onda hace que en esta interacción la onda pierda potencia, y esto puede llegar a interrumpir una conexión de radiofrecuencia.

25 RFid - TECNOLOGÍA RFid 25 En contrapartida, las frecuencias más altas disponen de una mayor rango y ratio de lectura (leen más rápido y a más distancia), pero al implicar una mayor absorción de agua, su funcionamiento es peor en los entornos húmedos. Además de estos diferentes comportamientos y características, la frecuencia de trabajo también determina la manera en la que se intercambian los datos entre la etiqueta y el lector: las frecuencias más bajas (típicamente LF y HF) intercambian los datos de una manera distinta que las frecuencias más altas (UHF). En entornos de bajas frecuencias (LF y HF), la etiqueta recibe del lector la orden de que tiene que generar una onda electromagnética con la información que tienen almacenada. Es lo que se conoce técnicamente como acoplamiento inductivo. En cambio, las frecuencias más altas (UHF) permiten intercambiar los datos mediante una técnica conocida como backscattering, que consiste en que la etiqueta refleja la onda que recibe del lector añadiendo en ella (en la onda) la información que tiene almacenada. Ambas técnicas serán explicadas en el siguiente apartado (4.4 Funcionamiento de un sistema RFid) de este estudio, pero lo expuesto hasta ahora permite intuir el diferente comportamiento que van a tener una y otra, ya que como parece lógico, si en las frecuencias más bajas la etiqueta tiene que generar ella misma su propia onda electromagnética, necesitará más energía que en las frecuencias altas, donde lo que hace es aprovecharse de la onda electromagnética que recibe del lector para mandar su información. Por lo tanto, es evidente que al necesitar menos esfuerzo, para el mismo gasto de energía, las etiquetas UHF (frecuencias altas) tendrán mayor alcance que las etiquetas HF o LF (frecuencias bajas). La frecuencia de funcionamiento también define el tipo de antenas utilizadas para la comunicación, tanto las usadas en la etiqueta como las de los lectores, ya que al funcionar de una manera completamente distinta, utilizarán distintos tipos de antenas. Existen, pues, dos tipos de antenas RFid: El cable de inductancia, que se utiliza para las frecuencias RFid más bajas (HF y LF). Estas antenas son básicamente bobinas cuya misión, aparte de captar la señal del lector, es inducir la energía suficiente para poder enviar al lector la información que tienen almacenada. Las antenas de dipolo, que se utilizan para las frecuencias RFid más altas, es decir UHF. Son las antenas más sencillas que existen. Un dipolo simple está compuesto de un par de elementos conductores (un par de cables, un par de hierros, un par de alambres) alimentados desde el centro. Evidentemente, las antenas dipolo usadas para RFid tienen un diseño especial que facilita la comunicación. En la siguiente figura podemos ver el diseño de la antena de una etiqueta RFid que utiliza cable de inductancia y el de otra que utiliza antena de tipo dipolo.

26 RFid - TECNOLOGÍA RFid Figura 2: Etiqueta con antena de cable de inductancia y con antena de tipo dipolo. En la siguiente tabla se resumen las características principales de los tres tipos de sistemas RFid más utilizados (LF, HF y UHF): Tabla 2: Principales características en función de la frecuencia de trabajo. FRECUENCIA LF HF UHF Rango de lectura bajo (centímetros) Baja tasa de transferencia de datos Se comporta bien en entornos húmedos Se comunica mediante acoplamiento inductivo Utiliza antenas de cable de inductancia Rango de lectura en torno a 1 metro Baja tasa de transferencia de datos Se comporta de manera irregular en entornos húmedos Se comunica mediante acoplamiento inductivo Utiliza antenas de cable de inductancia Alto rango de lectura (metros) Alta tasa de transferencia de datos Se comporta mal en entornos húmedos Se comunica mediante backscattering Utiliza antenas de tipo dipolo

27 RFid - TECNOLOGÍA RFid FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA RFID Como vimos en el apartado anterior, la tecnología RFid se basa en dos principios fundamentales distintos según sea la banda de frecuencia utilizada en la transmisión para la comunicación entre lector y antena: El acoplamiento de inducción se usa tanto para comunicaciones a baja frecuencia (LF) como a alta (HF). La corriente eléctrica que circula por la antena del lector genera un campo magnético que, cuando llega a la antena de la etiqueta, induce en ésta una corriente que la alimenta. El tag conmuta entonces la impedancia de carga de su antena para crear una modulación que le permita la transmisión de datos. Es decir, el tag es capaz, con la energía inducida por el campo magnético generado por el lector, de modular una onda electromagnética con la señal que tiene almacenada y transmitirla. El acoplamiento capacitivo o backscattering se usa para la comunicación en frecuencias UHF y microondas. En este caso, el lector transmite una señal de radiofrecuencia que la etiqueta recibe, modula y refleja de nuevo hacia el lector. Dependiendo del tipo de alimentación de las etiquetas (pasivas o activas), éstas tomarán de la señal que les llega del lector su alimentación o no, antes de retransmitirla en respuesta. Es decir, a diferencia del acoplamiento inductivo, aquí no se genera una nueva onda electromagnética sino que se refleja la señal recibida por el lector. 4.5 FACTORES CRÍTICOS A pesar de la fiabilidad de la tecnología RFid, existen diversos factores que influyen de manera negativa en su funcionamiento. Esta influencia puede ir desde una disminución de las prestaciones óptimas de un sistema RFid hasta incluso su completa inutilización. La gran mayoría de estos factores están identificados, y sus consecuencias son previsibles de una manera teórica. Sin embargo, no existen fórmulas que permitan cuantificar los valores exactos de variación de funcionamiento que se producirían ante esos factores. Por ello es necesario afrontar una fase inicial de pruebas a la hora de implantar cualquier sistema de RFid para cada aplicación concreta. Los principales factores que influyen en el funcionamiento de un sistema RFid son los siguientes: Potencia de transmisión. Tamaño de los elementos radiantes (antenas). Patrones de radiación de las antenas. Tamaño, tipo y estado de los tags.

28 RFid - TECNOLOGÍA RFid Frecuencia de trabajo. Entorno de trabajo. Materiales sobre los que se trabaja (Posibles jaulas de Faraday). Posición del tag en el momento de la lectura/escritura. Proximidad entre distintos campos de acción de distintos lectores/escritores. Todos estos factores influyen de manera crítica en aspectos como la distancia de lectura, el ángulo de lectura y el número de tags que puede leer simultáneamente (velocidad de lectura). Así, cuanto mayor sea la potencia de transmisión, normalmente conseguiremos mayor distancia y ángulo de lectura. El tamaño de las antenas es un factor decisivo en la distancia de lectura. Cuanto mayor sea el elemento radiante (antena), generalmente mayor será la distancia que podremos alcanzar, y, en el caso de la antena del lector, mayor será el campo magnético que se genere. El tamaño de las antenas en los tags también será determinante en la distancia. Tratándose de tags pasivos, la antena podrá inducir una mayor corriente eléctrica cuanto mayor sea su tamaño, por lo que tendrá mayor potencia y podrá contestar a mayor distancia. El tamaño y tipo de los tags también influyen de una manera crítica en el funcionamiento óptimo de un sistema RFid. Así, normalmente, un tag grande tendrá una antena grande, y por lo tanto alcanzará mayor distancia de lectura. En cuanto al tipo de tag, aparte del tamaño, los tags difieren unos de otros por el diseño de su antena. Existen muchos diseños de antena, especialmente en los tags de UHF que utilizan una antena de tipo dipolo, con comportamientos distintos. La frecuencia de trabajo es quizá el factor más determinante en un sistema RFid. De hecho, la elección de la frecuencia de trabajo a utilizar definirá las características del sistema. Así, el uso frecuencias bajas limita la distancia y la simultaneidad de lectura, pero aumenta las prestaciones en entornos húmedos. Por el contrario, el empleo de frecuencias altas mejora la distancia de lectura y la velocidad, aunque el sistema resulta más afectado por los entornos húmedos. El ángulo de lectura también se ve afectado por la frecuencia, pues dependiendo de la frecuencia de trabajo se utilizará un tipo de antena concreto, con un determinado patrón de radiación. El entorno de trabajo también influye en el comportamiento del sistema: entornos húmedos, metálicos o con interferencias electromagnéticas influyen de manera negativa en el comportamiento de un sistema RFid. Los materiales sobre los que se trabaja son igualmente determinantes del tipo de sistema RFid a utilizar (frecuencia, tipo de tag, etc.). Así, los materiales líquidos y los metálicos influyen de manera negativa en el funcionamiento del sistema, llegando incluso a hacer inviable la implantación del sistema de identificación por radiofrecuencia. La posición del tag influye tanto en la distancia como en la simultaneidad de lectura, debido a las propiedades físicas de las ondas. Por ejemplo, dependiendo de la posición del tag, el campo magnético podrá inducir mayor o menor cantidad de corriente eléctrica en el tag.

29 RFid - TECNOLOGÍA RFid 29 La proximidad entre dos o más lectores tendrá también una clara influencia en el comportamiento de los sistemas RFid, ya que varios lectores podrían interrogar a un mismo tag. En esas circunstancias entrarían en funcionamiento protocolos anticolisión que influirían en la velocidad de lectura. Además, la perturbación electromagnética que podría generar un lector en el entorno de otro influiría negativamente en la distancia de lectura. En la siguiente tabla se relacionan los factores críticos con las propiedades del sistema RFid sobre las que influyen: Tabla 3: Factores que influyen en el comportamiento de un sistema RFid FACTOR Potencia de transmision Tamaño de los elementos radiantes (antenas) Patrones de radiación de las antentas Tamaño, tipo y estado de los tags DISTANCIA DE LECTURA ANGULO DE LECTURA SIMULTANEIDAD DE LECTURA DE TAG SI SI NO SI NO NO SI SI NO SI SI SI Frecuencia de trabajo SI SI SI Entorno de trabajo SI NO SI Materiales sobre los que se trabaja (Posibles jaulas Faraday) Posición del tag en el momento de la lectura/escritura Proximidad entre distintos campos de acción de distintos lectores/ escritores SI NO SI SI SI NO SI NO SI Fuente:Elaboración propia 4.6 PROBLEMÁTICA Además de aquellos factores puramente materiales que resultan críticos en el comportamiento de un sistema RFid, existen otros que influyen de manera negativa en el funcionamiento de un sistema RFid y que no dependen de los componentes del propio sistema (lectores, antenas y tag), sino que guardan relación con el entorno de trabajo. Así, entornos húmedos, entornos metálicos o entornos con interferencias electromagnéticas de frecuencias próximas a la frecuencia de trabajo del sistema RFid, influyen de una manera muy negativa en la identificación por radiofrecuencia.

30 RFid - TECNOLOGÍA RFid 30 Esta influencia negativa encuentra su explicación en las propiedades físicas del electromagnetismo. Los entornos húmedos pueden provocar un efecto rain-fall 12 en la onda llegando a imposibilitar la comunicación. Los entornos metálicos son mucho más críticos que los húmedos, ya que se pueden generar jaulas de Faraday 13 que aíslen completamente el tag del campo generado por el lector. Además, cualquier elemento metálico tiene una polaridad que perturbará el campo electromagnético o podrá producir un apantallamiento del campo hasta el punto de anular la comunicación entre el tag y el lector de un sistema RFid. La velocidad a la que pasa el tag por el campo de acción del lector es otro de los factores que pueden resultar decisivos a la hora de que un sistema funcione óptimamente o no. Así, como norma general, cuanto mayor sea esa velocidad, menor será la eficiencia del sistema. Por ello, los tag RFid activos tendrán mayor velocidad de respuesta, ya que no tienen que perder tiempo en generar la energía necesaria para enviar la respuesta. A pesar de que estas contingencias estarán siempre presentes en cualquier tecnología basada en radiofrecuencia y en electromagnetismo, existen algunas soluciones que permiten atenuar sus efectos negativos. Por ejemplo, ya hemos comentado que las frecuencias más bajas se ven menos perjudicadas por la humedad. En el caso de la velocidad, el uso de tags activos elimina el problema. Y el efecto de los entornos metálicos se minimiza encapsulando los tags con elementos aislantes y situando las antenas de los lectores en lugares donde se eviten los posibles apantallamientos. 12 Se denomina rain-fall al efecto que produce una pérdida de energía de la onda electromagnética cuando interactúa con la molécula de agua. Cuando se produce esta interacción, la molécula de agua absorberá energía de la onda electromagnética. Este efecto es mucho más perjudicial en las frecuencias altas que en las bajas. Es el mismo efecto que se produce en el microondas que utilizamos normalmente para calentar comida. 13 Es un efecto que hace que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo; en el interior de una jaula de Faraday el campo electromagnético es nulo.

31 5. RFid vs Code-bars

32

33 33 5. RFID VS CODE-BARS La aparición de las omnipresentes etiquetas de códigos de barras causó una revolución en los sistemas de identificación. Hoy en día, el código de barras sigue siendo el sistema de identificación más utilizado, aunque en muchos casos ya no resulta el más adecuado. Los códigos de barras pueden ser extremadamente baratos, pero encierran desventajas como su baja capacidad de almacenamiento o la imposibilidad de reprogramación, ya que se limitan a almacenar de forma fija un código secuencial numérico que identifica de forma genérica el producto con información estática muy reducida. A diferencia de los clásicos códigos de barras, los sistemas de identificación por radiofrecuencia proporcionan información individualizada de cada objeto. Además, las posibilidades de reescritura que ofrecen algunas etiquetas permiten almacenar también cualquier otra información sobre el objeto que podrá actualizarse cuantas veces sea necesario. Pero éstas no son las únicas ventajas de los sistemas RFid sobre los códigos de barras: la identificación por radiofrecuencia proporciona una cualidad adicional, y es que no necesita visión directa para realizar la lectura. Es decir, no es necesario que el tag y el lector se vean, con lo cual se dinamizan enormemente los procesos de lectura y se facilita la automatización del sistema. Estas diferencias no implican que la tecnología RFid y las etiquetas de códigos de barras sean incompatibles. Cada forma de identificación tiene una serie de ventajas frente a la otra que, dependiendo del tipo de aplicación para la que se use, hará que una de ellas sea más apropiada para esa determinada aplicación y uso que la otra. 5.1 CONVIVENCIA DE AMBOS SISTEMAS Como hemos mencionado anteriormente, la tecnología RFid supera muchas de las limitaciones del código de barras, pero a pesar de que la implementación de RFid es vista por algunos como una virtual muerte del sistema de código de barras, lo que se avecina en los próximos años es una convivencia de ambos sistemas. En primer lugar, para que se instaure la identificación por radiofrecuencia, será necesario superar una serie de obstáculos, como alcanzar una estandarización mundial que habilite su globalización, su generalización y su masificación. Por ahora no existe homogeneidad en la fabricación de máquinas, etiquetas o en aplicaciones puntuales. Cuando esto se consiga, será posible avanzar en otro de los aspectos débiles del sistema: el alto coste del tag, que actualmente es demasiado caro para aplicarlo en productos baratos como los de consumo alimenticio. Está prevista una gran disminución de su precio en los próximos años, con lo que ya comenzaría a ser una alternativa razonable.

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